CN111638547A - 双检多道海洋地震数据接收系统及数据处理方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种双检多道海洋地震数据接收系统和数据处理方法。数据接收系统包括具有多条地震道的地震缆及地震数据记录系统；所述地震道至少被分为两类：实道：包括水检实道和陆检实道；哑道：内部未设置有检波器；所述数据记录系统包括：数据采集单元：用于获取实道内检波器采集的实际地震波数据；数据重建单元：对稀疏采样水检地震数据重建为均匀采样水检地震文件，将陆检地震数据重建为均匀采样的陆检地震文件；将处理后的均匀采样水检地震文件和陆检地震文件进行合并处理，获得水陆双检数据作为地震数据。通过实道和哑道的设计，缩小道间距；通过水检数据和陆检数据的处理，并可抑制地震鬼波的影响，拓宽地震信号频带，提高地震数据分辨率。
Description
技术领域
本发明涉及海洋地震勘探技术领域，具体涉及一种双检多道海洋地震数据接收系统以及地震数据的处理方法。
背景技术
海洋多道地震勘探系统主要包括地震震源、地震信号接收系统两部分,另外还需要有辅助的导航定位系统。地震震源可以是气枪震源、电火花震源、boomer震源等。地震信号接收系统包括海洋多道地震拖缆和多道地震数据记录系统两部分。海上地震作业时，将一条或多条多道地震拖缆拖曳于地震调查船船尾海水中，拖缆顺海面平行展布。多道地震拖缆拖曳接收地震反射信号，将其声波信号转变为数字信号并传输至多道地震数据记录系统。多道地震数据记录系统接收多道地震数据并实时显示地震多道波形和抽道剖面，用户通过多道地震数据记录系统设置海洋多道地震拖缆的采样间隔、采样点数等施工参数。
海洋地震勘探一般是将震源和拖缆沉放到海面以下的一定深度，由于海水空气分界面是强波阻抗界面，强烈的海面反射波会限制有用信号的带宽并模糊最终图像。这种海面反射波称为鬼波。EP2626726A2、CN107167837A等专利文件披露了水陆双检地震采集系统，多道地震拖缆中使用的检波器将水检和陆检集成一体，达到了抑制鬼波的效果。但是，目前已有的水陆双检拖缆需要使用集成的专用的水陆检波器密集布阵，导致水陆双检地震系统技术复杂、稳定性差、造价高昂。
发明内容
本发明的目的在于提供一种稳定性高、分辨率高的海洋地震数据采集系统及数据处理方法。
为了实现上述目的，本发明一些实施例中，提供如下技术方案：
一种双检多道海洋地震数据接收系统，包括具有多条地震道的地震缆及地震数据记录系统；
所述地震道至少被分为两类：
实道：内部设置有检波器，包括水检实道和陆检实道，其中，水检实道内仅设置有水检检波器，陆检实道内仅设置有陆检检波器；
哑道：内部未设置有检波器；
所述数据记录系统包括：
数据采集单元：用于获取实道内检波器采集的实际地震波数据；
数据重建单元：对水检检波器反馈的稀疏采样水检地震数据重建为均匀采样水检地震文件，将陆检检波器反馈的稀疏采样的陆检地震数据重建为均匀采样的陆检地震文件；将处理后的均匀采样水检地震文件和陆检地震文件进行合并处理。
在本发明一些实施例中，单一实道内，仅设置有水检检波器或陆检检波器。
在本发明一些实施例中，所述地震道采用如下方式进行配置：将地震道进行随机分组，每组至少包括3条地震道，将组内地震道随机配置为实道、哑道，且至少包括两条实道，进一步将实道随机配置为水检实道和陆检实道。
在本发明一些实施例中，所述哑道内布置有姿态传感器，所述数据采集单元进一步采集姿态传感器的传感数据。
在本发明一些实施例中，所述数据重建单元进一步被配置为：基于姿态传感器反馈的地震缆姿态数据，对稀疏陆检检波数据进行数据修正。
在本发明一些实施例中，所述数据采集单元进一步被配置为，获取哑道的残缺炮集数据，所述数据重建单元进一步被配置为：对哑道数据进行数据重建，并将均匀采样水检地震文件、陆检地震文件和哑道重建数据进行合并处理，作为地震数据。
在本发明一些实施例中，所述地震缆沿长度方向顺次包括前导段、前减震段、工作段、后减震段，所述工作段包括多个工作子段；
所述地震缆还包括数传包，间隔设置在整个工作段的收尾和各工作子段之间，用于工作子段的数据采集；所述数据采集单元与数传包进行数据通信。
在本发明一些实施例中，所述地震缆还包括数字包，设置在工作子段内，地震道之间，用于采集实道和哑道的数据，并传递至数传包。
在本发明一些实施例中，进一步提供一种海洋地震数据处理方法，基于上述的双检多道海洋地震数据接收系统而实现，包括：
海上作业开始后，数据采集系统记录稀疏采样水检检波信号和稀疏采样陆检检波信号；
将稀疏采样水检检波信号重建为均匀采样水检检波地震文件；
将稀疏采样陆检检波信号重建为均匀采样陆检检波地震文件；
基于均匀采样水检检波信号和均匀采样陆检检波信号重建地震文件。
在本发明一些实施例中，所述方法进一步包括以下步骤：
采用地震缆姿态数据对稀疏采样检波信号进行修正，采用修正后的信号重建均匀采样陆检检波地震文件。
在本发明一些实施例中，所述方法进一步包括以下步骤：海上作业开始前，获取每条拖缆的哑道与实有地震道配置情况，生成哑道配置参数文件；对故障实道，可配置为哑道。
较现有技术相比，本发明技术方案的有益效果在于：
将地震缆改进为双检多道地震系统，在地震道中分别设置水检检波器通道、陆检检波器通道和哑道，哑道内部不设置检波器，进而压缩了地震采集道距，可通过数据重建的方法重建哑道数据，提高地震采集数据的横向分辨率，并可抑制地震鬼波的影响，拓宽了地震信号频带，提高了地震数据分辨率。
本发明不需要使用复杂的集成的水陆检波器，只需要使用独立的水检和独立的陆检。提高了系统的稳定性。与常规多分量海洋多道地震拖缆相比，本发明减少2/3以上的检波器的使用量，降低多分量海洋多道地震拖缆的硬件成本。
本发明双检地震拖缆，陆检和水检均稀疏布置，产生的地震数据量下降2/3以上，在相同的数据传输带宽条件下，本发明的拖缆通道数可以比传统拖缆扩展1倍以上，提高了拖缆的通道扩展能力。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明海洋地震数据接收系统结构示意图；
图2为地震缆结构示意图；
图3为地震缆工作段结构示意图；
图4为缆芯结构示意图；
图5a为本发明双检多道地震拖缆中水检的稀疏布置方式；
图5b为本发明双检多道地震拖缆中陆检的稀疏布置方式；
图5c为本发明水陆分量稀疏组合的双检多道地震拖缆的检波器的布置方式；
图6为多道地震数据接收系统结构框图；
图7a为本发明水检地震数据稀疏重建后的水检实道结构示意图；
图7b为本发明陆检地震数据稀疏重建后的陆检实道结构示意图；
图7c本发明重建后地震道实道结构示意图；
图8a为数据接收系统作业流程图；
图8b为数据接收系统一种实施方式作业流程图；
1-多道地震缆，101-原水检通道，102-新建水检通道，103-原陆检通道，104-新建陆检通道；
2-前导段；3-前减震段；4-后减震段；5-尾缆；6-尾环；
7-工作子段；701-地震道；702-数字包；703-缆芯；7301-电力输送缆；7302-内屏蔽层；7303-芳纶纤维承力层；7304-信号传输缆；7305-外屏蔽层；7306-外敷保护层；704-浮力充填物；
8-数传包；
901-水检检波器，902-陆检检波器。
具体实施方式
为了使本发明所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
需要说明的是，术语“连接”、“通信”等，即可以指部件之间的直接连接，直接通信，也可以指部件间的间接连接，间接通信。
本发明提供一种海洋地震数据接收系统，用于海洋地震数据的采集和处理。该系统可对海洋地震数据进行重建，以供资源勘探等领域应用。
海洋地震数据接收系统基于地震缆而实现，地震缆通过船舶拖拽的形式，设置在海洋中，进行实时数据采集。
地震缆在结构上分为前导段2、前减震段3、工作段、后减震段4，结构参考图2至图4。除此之外，还包括数传包8、尾缆5和尾环6，结构参考图2。前导段2用于拖拽拖缆工作和信号传输；前减震段3用来降低船体给拖缆带来的震动，减小噪音；后减震段4用于平衡拖缆，减少拖缆的摆动；工作段是多道地震拖缆的主体，由多个工作子段7构成，主要由地震道701、数字包702、缆芯703和浮力充填物组成704。其中，缆芯的结构如图4所示，包括电力输送缆7301、内屏蔽层7302、芳纶纤维承力层7303、信号传输缆7304、外屏蔽层7305和外敷保护层7306。其中芳纶纤维承力层7303由芳纶纤维编织而成，承受海上作业时拖缆的拉力，保护电力输送缆和信号传输缆等不受力损伤；信号传输缆7304，负责水听器信号的传输、拖缆尾部设备控制命令与状态的信号传输，可以是金属线缆或光纤；内屏蔽层7302，用于屏蔽外部电磁干扰；外敷保护层7306，为防水耐磨材料涂覆层，用于保护缆芯免受外力损伤，防水耐磨材料涂覆层可以采用聚醚型聚氨酯热塑性弹性体，可包含紫外线吸收剂、邻苯二甲酸二丁酯等填料助剂。电力输送缆7301分为两对线缆，一对双绞线缆为数传包供电，一对双绞线缆为尾部设备供电(拖缆尾部设备，包括电火花震源、等离子体震源、机电震动器、电海洋振动器，电磁震源、采用压电材料的震源以及采用磁致伸缩材料的震源等)；浮力充填物为固体柔性浮力填充物，为拖缆提供浮力，将拖缆配置为近零浮力，所述固体柔性浮力填充物为铰链低压高密度聚乙烯HDPE，可包含紫外线吸收剂、消泡剂等填料助剂。
数据接收系统包括具有多条地震道的地震缆以及地震数据记录系统，结构参考图1。本发明提供的双检多道海洋地震数据接收系统，包括具有多条地震道的地震缆及地震数据记录系统；
所述地震道至少被分为两类：
实道：内部设置有检波器，包括水检实道和陆检实道，其中，水检实道内仅设置有水检检波器，陆检实道内仅设置有陆检检波器；即，每个实道内仅可以安装一种类型的检波器，不可以采用两种检波器混装的方式；这种设计的目的在于：希望通过一个实道采集一种类型的地震信号，避免同一实道内产生不同种类信号的混叠，增加地震信号的处理难度；地震缆的工作段是多道地震缆的主体，检波器均设置在工作段；
哑道：内部未设置有检波器；
所述数据记录系统包括：
数据采集单元：用于获取实道内检波器采集的实际地震波数据，包括水检检波器采集的稀疏水检地震数据和陆检检波器采集的稀疏陆检地震数据；以上数据被经主控服务器进行解压、编排、记录；
数据重建单元：对水检检波器反馈的稀疏采样水检地震数据重建为均匀采样水检地震文件，将陆检检波器反馈的稀疏采样的陆检地震数据重建为均匀采样的陆检地震文件；重建后获得的地震文件与使用常规水陆多分量地震拖缆采集的文件基本一致；常用的重构算法主要有三类，凸优化算法、贪婪算法和组合算法等；将处理后的均匀采样水检地震文件和陆检地震文件进行合并处理，压制鬼波和鸣震，提高地震数据成像效果。将合并后的文件作为检测获得的地震文件。
本发明采用了检波器道稀疏排布方案，在保证数据精准性的同时，压缩了道间距，减少了设备的使用量，进而具有突出经济价值和实用价值。
在本发明一些实施例中，单一实道内，水检检波器可以采用压力传感器，又称为水听器，用于采集地震波引起的水压变化信号，测得的是标量；陆检检波器可以采用速度传感器或加速度传感器，测量的是地震波引起的质点的振动信号，质点的振动包括x，y，z三个方向的分量，其中z方向的分量是必须测量的，其他两个方向的分量可以根据需要选择是否进行测量。
在本发明一些实施例中，每个实道内，可以选择配置1个或多个检波器。若同一个实道内如果有多个检波器，则多个检波器为同类型检波器(水检或陆检)，且统一实道内的多个检波器之间串联或并联在一起。
在本发明一些实施例中，基于信号稀疏重构理论，对工作段内的地震道进行基于压缩感知的随机布置，可以采用Jittered采样、LDPC矩阵采样、分组随机采样等随机布置方法。具体的，地震道采用如下方式进行配置：将地震道进行随机分组，每组至少包括3条地震道，将组内地震道随机配置为实道、哑道，且至少包括两条实道，以保证每组地震道内，可以包括水检实道和陆检实道，进一步将实道随机配置为水检实道和陆检实道。
具体的，在一些实施例中：地震道间距每3道为一组，每组中随机抽取1道布置1水检地震道(参考图5a)。随后，在每一组的剩余两道中，随机抽取1道布置1陆检地震道(参考图5b)，剩余的最后1道为哑道。由于水检的位置是基于压缩感知理论随机布置的，因此剩余的位置(布置陆捡的位置)也是基于压缩感知理论随机布置的。即，水检、陆检的布置均满足压缩感知稀疏布置的要求。完成地震道布置后，每组包括3道，其中两个实道，1个哑道(参考图5c)。
在本发明一些实施例中，所述哑道内布置有姿态传感器，所述数据采集单元进一步采集姿态传感器的传感数据。姿态传感器用于测量拖缆旋转量或扭转量等数据，可辅助修正陆检检波器的数据，提高陆检数据精度。
在本发明一些实施例中，所述数据重建单元进一步被配置为：基于姿态传感器反馈的地震缆姿态数据，对稀疏陆检检波数据进行数据修正。
在本发明一些实施例中，所述数据采集单元进一步被配置为，获取哑道的残缺炮集数据，所述数据重建单元进一步被配置为：对哑道数据进行数据重建，并将均匀采样水检地震文件、陆检地震文件和哑道重建数据进行合并处理，作为地震数据。在地震作业中，重建后无缺的炮集数据，是高密度小道距多道地震数据，供记录和后续处理解释，可以成倍提高地震探测作业海底地层的横向分辨率。
参考图3，为了实现地震缆数据的采集，进一步设置数字包和数传包。
所述地震缆沿长度方向顺次包括前导段、前减震段、工作段、后减震段，所述工作段包括多个工作子段；数传包，间隔设置在整个工作段的收尾和各工作子段之间，用于工作子段的数据采集；所述数据采集单元与数传包进行数据通信。
数传包包含一片或多片FPGA芯片和SerDes芯片，负责对到达的数字包数据进行收集编排、压缩、封装并逐级上传，最终到达多道地震数据记录系统。数传包同时作为电源的中继，将调查船提供的电源逐级向后传输；同时作为机械连接组件，连接相邻的多道拖缆的功能段。
数字包，包含1片或多片模数转换芯片和微控制器芯片，设置在工作子段内，实道和哑道之间，负责收集地震道数据并传输至数传包。本实施例中，每个数字包负责8个地震道，地震道包括实有地震道和哑道。
在本发明一些实施例中，还可以通过质量控制客户端对稀疏采样双检地震数据、重构后的双检地震数据进行分析和显示，以便工作人员查阅。
在本发明一些实施例中，数据记录系统在硬件上基于以下结构实现。参考图6。
数据采集单元基于拖缆控制单元接口而实现，待检测地震缆均通过单元接口将数据反馈至数据记录系统。
数据重建单元基于重建服务器而实现，质量控制客户端基于质量控制服务器而实现；以上，主控服务器、重建服务器、质量控制服务器均与拖缆控制单元接口通信，以与地震缆之间进行数据通信。以上，数据重建服务器，主控服务器相对独立，数据重建的过程不影响多道地震拖缆接收地震信号、不影响主控服务器等单元的工作。
在本发明一些实施例中，进一步提供一种海洋地震数据处理方法，基于上述的双检多道海洋地震数据接收系统而实现，包括以下步骤，流程参考图8b：
准备阶段，用户通过主控服务器配置震源激发间隔、记录长度等作业参数；主控服务器通过拖缆控制接口单元将用户配置参数发送给多道拖缆，并进入地震作业采集模式；
海上作业开始后，数据采集系统记录稀疏采样水检检波信号和稀疏采样陆检检波信号；
将稀疏采样水检检波信号重建为均匀采样水检检波地震文件，常用的重构算法主要有三类，凸优化算法、贪婪算法和组合算法等；
将稀疏采样陆检检波信号重建为均匀采样陆检检波地震文件，常用的重构算法主要有三类，凸优化算法、贪婪算法和组合算法等；
基于均匀采样水检检波信号和均匀采样陆检检波信号合并为水陆双检地震文件。
结合参考图7a至图7c，地震缆中原有水检通道101、原有陆检通道103基础上，新建了水检通道102和陆检通道104。参考图7a：新建水检通道102的位置原为水检哑道，而原有水检通道101的布置方式满足随机分布特征。正是因为原有水检通道101的布置方式满足随机分布特征，根据根据稀疏采样原理，可以由原有水检通道101获取的数据，重建原有水检通道102位置的水检数据，常用的重构算法主要有三类，凸优化算法、贪婪算法和组合算法等。参考图7b，新建陆检通道104的位置原为陆检哑道，而原有陆检通道103的布置方式满足随机分布特征。正是因为原有陆检通道103的布置方式满足随机分布特征，根据根据稀疏采样原理，可以由陆检通道103获取的数据，重建104位置的陆检数据，常用的重构算法主要有三类，凸优化算法、贪婪算法和组合算法等。参考图7c：由图7a获得了所有检波器道的水检数据，由图7b获得了所有检波器道的陆检数据，将水检数据和陆检数据合并获得所有检波器道的水陆双检数据，水陆双检数据可以有效压制鬼波干扰，提高地震数据精度。
在本发明一些实施例中，所述方法进一步包括以下步骤：
采用地震缆姿态数据对稀疏采样检波信号进行修正，采用修正后的信号重建均匀采样陆检检波信号。
在本发明一些实施例中，所述方法进一步包括以下步骤：恢复哑道活性，对哑道数据进行数据重建，重建为无缺炮集数据，采用均匀采样水检检波信号、均匀采样陆检检波信号及无缺炮集数据，重建地震信号。
具体的，流程结合参考图8a和图8b，在正式作业开始之前，先进行业前作业。在海上地震作业开始前对多道地震拖缆进行自动化业前检测，根据数传包上报的哑道标记和实道标记，自动获取每条拖缆的哑道与实有地震道配置情况，生成哑道配置参数文件。对业前检测确认有故障的实有地震道，允许用户将故障道配置为哑道，更新哑道配置参数文件。在地震作业中，数据重建服务器将水检稀疏信号重建为水检均匀地震文件，将陆检稀疏信号重建为陆检均匀地震文件，并基于水检均匀地震文件和陆检均匀地震文件合并生成水陆双检地震数据。重建后无缺的炮集数据，是水陆双检多道地震数据，供记录和后续处理解释，可以压制鬼波干扰，提高地震数据精度。数据重建服务器，与主控服务器相对独立，压缩感知重建的过程不影响多道地震拖缆接收地震信号、不影响主控服务器等单元的工作。质量控制服务器以及质量控制客户端，可以实时显示包含哑道的多道地震数据，也可以显示重建后无缺的炮集数据。
本发明提供的海洋地震数据采集系统，通过单独水检检波通道、单独陆检检波通道的设置，抑制地震鬼波的影响，拓宽了地震信号频带，提高了地震数据分辨率。通过采用水检检波器、陆检检波器的稀疏分布，降低系统的资源配置。通过实道和哑道的组合，压缩道间距，实现地震道密度的提高，进而实现海洋地震勘探横向分辨率的提高。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种双检多道海洋地震数据接收系统，其特征在于，包括具有多条地震道的地震缆及地震数据记录系统；
所述地震道至少被分为两类：
实道：内部设置有检波器，包括水检实道和陆检实道，其中，水检实道内仅设置有水检检波器，陆检实道内仅设置有陆检检波器；
哑道：内部未设置有检波器；
所述数据记录系统包括：
数据采集单元：用于获取实道内检波器采集的实际地震波数据；
数据重建单元：对水检检波器反馈的稀疏采样水检地震数据重建为均匀采样水检地震文件，将陆检检波器反馈的稀疏采样的陆检地震数据重建为均匀采样的陆检地震文件；将处理后的均匀采样水检地震文件和陆检地震文件进行合并处理，作为地震数据。
2.如权利要求1所述的双检多道海洋地震数据接收系统，其特征在于，所述地震道采用如下方式进行配置：将地震道进行随机分组，每组至少包括3条地震道，将组内地震道随机配置为实道、哑道，且至少包括两条实道，进一步将实道随机配置为水检实道和陆检实道。
3.如权利要求1所述的双检多道海洋地震数据接收系统，其特征在于，所述哑道内布置有姿态传感器，所述数据采集单元进一步采集姿态传感器的传感数据。
4.如权利要求3所述的双检多道海洋地震数据接收系统，其特征在于，所述数据重建单元进一步被配置为：基于姿态传感器反馈的地震缆姿态数据，对稀疏陆检检波数据进行数据修正。
5.如权利要求1所述的双检多道海洋地震数据接收系统，其特征在于，所述数据采集单元进一步被配置为，获取哑道的残缺炮集数据，所述数据重建单元进一步被配置为：对哑道数据进行数据重建，并将均匀采样水检地震文件、陆检地震文件和哑道重建数据进行合并处理，作为地震数据。
6.如权利要求1所述的双检多道海洋地震数据接收系统，其特征在于，所述地震缆沿长度方向顺次包括前导段、前减震段、工作段、后减震段，所述工作段包括多个工作子段；
所述地震缆还包括数传包，间隔设置在整个工作段的收尾和各工作子段之间，用于工作子段的数据采集；所述数据采集单元与数传包进行数据通信。
7.如权利要求6所述的双检多道海洋地震数据接收系统，其特征在于，所述地震缆还包括数字包，设置在工作子段内，地震道之间，用于采集实道和哑道的数据，并传递至数传包。
8.一种海洋地震数据处理方法，基于权利要求1至7中任意一项所述的双检多道海洋地震数据接收系统而实现，其特征在于，包括：
海上作业开始后，数据采集系统记录稀疏采样水检检波信号和稀疏采样陆检检波信号；
将稀疏采样水检检波信号重建为均匀采样水检检波地震文件；
将稀疏采样陆检检波信号重建为均匀采样陆检检波地震文件；
基于均匀采样水检检波信号和均匀采样陆检检波信号重建地震地震文件。
9.如权利要求8所述的海洋地震数据处理方法，其特征在于，进一步包括以下步骤：
采用地震缆姿态数据对稀疏采样检波信号进行修正，采用修正后的信号重建均匀采样陆检检波地震文件。
10.如权利要求8或9所述的海洋地震数据处理方法，其特征在于，进一步包括以下步骤：海上作业开始前，获取每条拖缆的哑道与实有地震道配置情况，生成哑道配置参数文件；对故障实道，可配置为哑道。
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